智能移动心电仪在移动医疗中的设计与实现

曹少平，刘 剑

1 上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心，上海市，200127

2 上海宏康信息科技有限公司，上海市，200030

智能移动心电仪在移动医疗中的设计与实现

【作者】曹少平1，刘 剑2

1 上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心，上海市，200127

2 上海宏康信息科技有限公司，上海市，200030

该文阐述了通过智能移动心电仪研发，借助互联网大数据共享资源来进一步完善远程诊断医疗服务平台，提升移动医疗水平，控制医疗风险。

移动心电仪；移动医疗

0 引言

移动医疗是基于互联网技术的远程会诊、远程治疗、远程监测、电子处方和网上购药、电子病历和健康档案、在线疾病咨询、医疗信息和服务查询、健康教育和推广、疾病风险评估等多种形式的医疗和健康服务，其技术核心是通过智能传感设备采集并传输到智能终端，然后通过网络加入医生的远程健康医疗指导服务来实现的。它服务的对象往往是院外亚健康或者慢病的人群，通过做早期疾病的筛查或者病症康复的进程监测等方式，来帮助他们提高健康水平并降低医疗费用。由于心脏疾病发病具有突然、长期存在的特点，需要有一种操作方便、便于携带、随时能采集有临床诊断价值心电波形数据的移动心电图仪。它可对心脏健康状态趋势进行长期观察，获取医疗监测数据、上传给云医生、医生根据这些数据在网上提供医疗专业健康指导建议，或运用智能算法进行指导，把患者常见的病例统计出来，做出数据分析，给出互联网诊断指导建议，这十分符合移动医疗远程诊断的需求。

1 智能移动心电仪现状

目前国内外的个人心电图设备，都是只能提供一次性的心电图检查和分析诊断功能，无法方便有效地为潜在人群提供既能随时进行心电图检测又能长期提供心脏健康管理和病情预警的功能，使用者的历史心电图数据、专家诊断结果和心脏健康预警功能无法集成并保留在使用者身边，这不利于慢性病长期性监测和对使用者总体健康发展趋势的管理。另外，使用者作为非心电专业人士依赖具有专用程序的个人电脑，操作复杂，且贻误诊断治疗时机。有些移动终端仅作为数据和信息传输的工具，使用者无法对心脏疾病进行长期的健康综合监测，不符合慢性病的预防控制原则。因此导致家用心电图设备对心脏健康监测没有实质性的帮助，长期以来无法在实际应用中推广。

本研究项目结合了电生理和移动互联网技术，成功研发了拥有自主知识产权的“便携式心电图检测仪和心脏健康管理系统”,在国内率先提供了“互联网+精准医疗健康”的移动心脏健康医疗方案，应用科技和移动互联的技术，让每个人能随时、随地地检测自己的心电图，并通过智能手机或平板进行数据远程交互，为时刻关注个人的心脏健康提供了专业设备和方案，形成“心电采集—心脏健康管理—远程医生分析建议”的监控闭环，特别适合亚健康、心脏慢性病、潜在心脏病人群、血压/血糖/血脂三高人群、社区医疗、社区健康、居家治疗和居家养老的对象，让个人能够尽早了解和介入自己的健康监测和管理。

2 系统总体设计

2.1 系统框架

智能移动心电图综合处理系统，包括便携式心电采集设备、近程无线通讯网络和个人移动智能终端。个人移动智能终端从便携式心电采集设备中获取心电图信息，并判断该心电图信息的波形质量是否符合临床诊断要求。若不符合，提示重新采集命令给便携式心电采集设备；若符合，所述的个人移动智能终端对采集的心电图信息进行处理和预诊断，同时还可随时通过远程无线通信网络与远程专家终端进行交互获得诊断结果，并对历史心电图数据和诊断结果进行管理，获得一段时间内心脏健康状况变化。

本系统是一种可以在使用者端直接进行日常心脏健康自我实时监测和长期病情趋势自我管理的个人智能移动心电图综合处理装置，其具备了采集的心电图数据质量高、携带方便、操作便捷、扩展性强、适用范围广、实时性好等特点。由于日常的监测管理前移到使用者端，专家只需远程提供专业诊断和咨询，节约了医疗资源，为慢性病的可自我预防控制提供了可能性。

2.2 技术模块

如图1所示，智能移动心电图综合处理装置，包括便携式心电采集设备1、近程无线通讯网络2和个人移动智能终端3，所述的便携式心电采集设备1通过近程无线通讯网络2和个人移动智能终端3连接。

图1 系统结构集成系统Fig.1 System structure integrated system

2.2.1 便携式心电采集模块

设备包括心电电极组、低功耗放大采样滤波电路、低功耗微控制器、无线通讯单元、液晶数码显示单元、电池、电源管理模块、按键和外壳。其中，心电电极组与低功耗放大采样滤波电路连接，低功耗微控制器分别与低功耗放大采样滤波电路、无线通讯单元和液晶数码显示单元连接。

心电电极组包括相互连接的嵌入式心电电极和外接式电极导联线，导联系统采用心电标准中的肢体导联或胸导联，方便使用，外接式导联线使长时间的心电图采集成为可能。液晶数码显示单元用于心电采集所获心率的实时显示以及采集过程和设备工作状态显示。电池包括干电池和可充电电池。

近程无线通讯网络为蓝牙通讯网络或WiFi通讯网络，通讯过程中采用交互勘误协议来保证大批量、实时、连续数据的安全传输，如通常蓝牙在实时连续数据传输过程中会有2%～3%的误码率，所以采用交互勘误协议可保证数据的完整性，并通过移动智能终端对便携式心电采集设备发送重新采集指令。

便携式心电采集设备可不依赖个人移动智能终端而单独作为心率计使用。

2.2.2 个人移动智能终端模块

包括智能手机、个人平板电脑、智能掌上电脑，运行Android操作系统、iOS操作系统和Microsoft操作系统的个人移动智能终端。

如图2所示，个人移动智能终端内嵌有心脏健康管理模块，该心脏健康管理模块包括实时心电图显示单元、心电图分析预诊断单元、心脏健康状态趋势及提醒警示单元、历史心电图管理单元、用户管理单元和心电图无线远程诊断交互单元。

图2 个人移动智能终端内部功能模块图Fig.2 System structure integrated system

实时心电图显示单元在获取便携式心电采集设备的心电实时数据时，以标准的心电比例方格形式实时显示心电波形，如速度25 mm/s，增益10 mm/mV；进一步地，上述比例可根据采集的心电图电压值大小自动调整，以显示清晰的波形；使用者可判断显示的心电图波形是否符合诊断要求。

心电图分析预诊断单元对采集的心电数据进行信号分析处理来获得心电图PQRST波的特征值，从而判断相应的心律失常情况，提供预诊断，同时在信号质量不符合临床诊断要求时，返回重新采集命令给便携式心电采集设备，存储心电图数据。

心脏健康状态趋势及提醒警示单元显示使用者的历史心电图重要心电参数、预诊断和专业诊断结果，提供心脏的健康趋势信息，并用色彩提出警示，提示使用者改善工作压力和生活习惯，以保护心脏健康。

心电图无线远程诊断交互单元根据使用者的要求发送指定的心电图至远程专家终端4，发送可以通过WiFi、GPRS、3G等移动终端具有的移动通信网络进行，并把获得的专业诊断结果提示给使用者，依据轻重程度采用不同的声、色彩提示使用者。同时在危急时根据个人移动智能终端的定位信息，向使用者提供定位点就近的医疗机构信息或向定位点就近的医疗机构发送报警信息。

历史心电图管理单元让使用者随时在个人移动智能终端上查看存储的心电图波形、预诊断和专业诊断结果以及使用者检测时的身体状态信息。系统实物图见图3。

图3 系统实物图Fig.3 The system picture

2.3 技术特点

本系统涉及一种适合个人和家庭使用的心电图采集与心脏健康管理技术，其核心是一种智能移动心电图综合处理装置。它采用一键心电图数据实时采集和发送显示，一键就可看到采集过程中的心电图，可一键生成心电图片，通过微信、彩信、电子邮件等发送给医生，获得远程专业支持，远程心电中心可及时回复分析建议。与现有技术相比，具有以下优点：

(1) 移动心电仪+智能手机APP 实时性和病情趋势管理更有效，利用个人智能移动终端随身携带、可随时移动互联的特点成为兼具个人心脏实时检测、心电图数据传输和健康管理的综合设备，让使用者可以随时采集有效的心电图、随时得到医疗远程诊断服务支持、随时关注自己的心脏健康，实现慢性病的自我预防和控制。

(2) 高质量心电图波形 采样率高达512点/s，达到临床级。在无线交互通讯模块中采用了勘误协议，保证了获得的心电数据完整性，对采集的心电波形进行有效性准确分析，保证了最终采集的心电波形细节清晰能符合临床诊断要求。

(3) 易用心电采集方式 手持式或心电导联线或腕式电极夹等，避免复杂的电极贴放，适合普通人使用，操作便捷，能在个人移动智能终端上直接发送、接收、查看、管理心电图信息历史记录和诊断结果，体积小，耗电少，重量轻，携带方便，支持连续心电图超过24 h，不遗漏异常心电波形。

(4) 全息智能回顾分析 根据心电图简单易懂的测量结果自动提示，可提供60 s内的21种智能心跳自动分析建议，可以查看所有高质量心电图细节，使就医时医生的临床方案更准确、更及时。还可以查看历史心率趋势回顾图，随时显示该心电图的细节，及时了解用户心电图采集时的相关信息。

(5) 多用户管理功能 一台心电仪可多人使用，每位使用者心电图不会混淆，设备兼容性强。

(6) 远程支持 可以进行远程心电数据交互服务，适用更多的慢性病健康管理、医疗服务、社区居民健康档案管理、急救、边远地区医疗等众多拓展应用。

2.4 实施应用

2.4.1 心电信号的采集

将使用者左右肢体分别接触嵌入式电极组11，参考电极置于右侧肢体，使用者生理微电压信号通过放大采样滤波电路12进行采样、放大、过滤；获得的模拟信号送给微控制器13进行模/数转换，并进一步滤波、处理、分析和计算，计算所得的心率值显示在液晶数码显示单元14上，同时把数字化的心电电压值数据流进行编码并通过无线通讯单元15、短程无线通讯网络2发送至个人移动智能终端3。微控制器13采用MSP430FG439低功耗芯片，无线通讯单元15采用蓝牙模块，近程无线通讯网络2保证无线通讯单元15与个人移动智能终端3是唯一的可靠连接，同时仅在心电图需要采集时保持数据连接。

2.4.2 心电信号的处理

心电图分析预诊断单元32从个人移动智能终端3获得实时数据并判断是否有误漏码，如果有，立即发送指令给微控制器13，要求重发数据；如果数据正确则由实时心电图显示单元31在个人移动智能终端3的屏幕上实时描绘心电波形，达到预设的采集时间后，采集结束并存储心电图数据。

同时心电图分析预诊断单元32对心电图数据进行处理和分析，显示实时心率，在采集结束后判断心电图波形质量是否符合临床诊断要求，若不符合，提示发送重新采集命令给便携式心电采集设备1；若符合，进入历史心电图管理单元34，并在个人移动智能终端3的屏幕上回放显示该心电图波形、心电图相关数据以及智能预诊断的结果供使用者参考。

历史心电图管理单元34可根据使用者的指令立即通过心电图无线远程诊断交互单元36发送心电图数据至远程诊断中心、接收远程诊断中心发回的专业诊断结果并整合至该心电图的诊断结果中；还可进入心脏健康状态趋势及提醒警示单元33。

心脏健康状态趋势及提醒警示单元33，可以显示存储的所有心电图检查的重要数据及预诊断或专家诊断结果和趋势，并根据心脏诊断结果的病情状态，用不同的声音和颜色提示使用者心脏健康状况和建议。

心电图无线远程诊断交互单元36根据使用者的要求发送指定的心电图至远程诊断中心，并把获得的专业诊断结果提示给使用者，依据轻重程度采用不同的提示音和色彩提示使用者；同时在危急时根据个人移动智能终端的定位信息，向使用者提供定位点就近的医疗机构信息或向定位点就近的医疗机构发送报警信息。

用户管理单元35可以对使用本发明一种智能移动心电图综合采集装置的使用者个人信息进行管理，包括姓名、年龄、性别、个人疾病史等，以及编辑、添加、删除使用者。

3 结论

随着社会生活方式的改变，心血管疾病患病率占总人口比例大幅提高，已经成为居民死亡的主要原因。同时，病人对自身健康的关心程度不断提高，而医疗资源的投入又滞后于就医需求的增长，更加重了看病难、就医难的社会矛盾。目前，一些简单的医疗健康诊察设备如电子血压计、血糖仪等已经大量的进入了家庭，成为个人常规健康检查的必备仪器，这些设备有效减轻了医院常规检查的压力，同时提高了个人对慢性病或者亚健康预防的共识，对降低慢性病的社会成本带来了贡献。智能移动心电仪的研发使移动医疗推进医疗健康的发展，是智能移动平台在个人医疗健康中应用的成功探索。

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Design and Implementation of Intelligent Mobile ECG

【Writers】CAO Shaoping1, LIU Jian2

1 Shanghai Children’s Medical Center Affiliated to Shanghai JiaoTong University School of Medicine, Shanghai, 200127
2 Shanghai Hongkang InformationTechnology Co. Ltd., Shanghai, 200030

This paper introduces the development of intelligent mobile ECG, and Internet big data sharing resources to further improve the remote diagnosis of medical service platform, to enhance the level of mobile medical standard and control medical risks.

mobile ECG, mobile health

R540.4；TP29

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2016.04.004

1671-7104(2016)04-0250-04

2016-02-23

上海市科学技术委员会资助项目（13441901500）

曹少平，E-mail: shaopingcao@sina.com